Сравнение классических методов настройки автоматических регуляторов АЭС и метода с применением аналитического тренажера АЭС

Цель. В статье рассматривается инновационный подход к оптимизации параметров автоматических регуляторов энергоблоков атомных электростанций с использованием высокоточных аналитических тренажеров. Исследование направлено на решение ключевой проблемы современной энергетики - повышение эффективности и надежности систем автоматического регулирования при одновременном сокращении сроков пусконаладочных работ.
Метод. В отличие от традиционных методов Коэна-Куна и Скогестада, предложенная методика использует комплексные математические модели, точно воспроизводящие физические процессы в реальном оборудовании. Экспериментальная часть проводилась на специализированном программно-техническом комплексе УМИКОН, моделирующем работу энергоблока с различными динамическими характеристиками. В качестве тестового объекта использовалась система первого порядка с параметрами K=1, τ=7 с, θ=0.3 с, что позволило получить статистически значимые результаты с доверительной вероятностью 0.95. Осуществлены верификация модели и проверка устойчивости полученных решений в широком диапазоне рабочих режимов.
Результат. Доказаны значительные преимущества нового подхода: время выхода на уставку сокращено до 20 секунд (на 15-20% лучше традиционных методов), полностью исключено перерегулирование (0% против 25-30% у метода Коэна-Куна), достигнута оптимальная степень затухания переходных процессов ψ≥0.85. Важным достижением является универсальность метода, обеспечивающего стабильную работу как с аналоговыми, так и с цифровыми системами управления при погрешности не более 3%.
Вывод. Практическая значимость результатов подтверждается возможностью сокращения сроков пусконаладочных работ на 25-30% при одновременном повышении точности регулирования. Результаты открывают новые перспективы для разработки интеллектуальных систем управления, адаптирующихся к изменяющимся параметрам оборудования в реальном времени. Предложенная методика рекомендована к внедрению на современных энергоблоках АЭС как эффективное решение для сложных технологических процессов атомной энергетики.

1. Squassoni S. The incredible shrinking nuclear offset to climate change // Bulletin of the atomic scientists. – 2017. – Vol. 73, № 1. – P. 17-26

2. Сааков Э.С. Ввод в эксплуатацию энергоблоков АЭС / Э.С. Сааков, С.И. Рясный. – М.: Энергоатомиздат, 2007. – 496 с.: ил..

3. Ротач В.Я. Расчёт настройки реальных ПИД-регуляторов //Теплоэнергетика. – 1993. - № 10. – С. 31-35.

4. Ротач В.Я. Автоматизация настойки систем управления / В.Я. Ротач, В.Ф. Кузищин, А.С. Клюев и др. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 272 с., ил.

5. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием / В.В. Денисенко. – М.: Горячая линия – Телеком, 2014. – 606 с., ил

6. Густав Олссон, Джангуидо Пиани. Цифровые системы автоматизации и управления / Густав Олссон. – СПб.: Невский Диалект, 2001. – 557 с.: ил..

7. Гудвин Г.К. Проектирование систем управления / Г.К. Гудвин, С.Ф. Гребе, М.Э. Сальгадо. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004. – 911 с.: ил..

8. Åström, K.J., and Hägglund, T. (1995) PID Controllers: Theory, Design, and Tuning (2nd edition), NC, Instrument Society of America.

9. Åström, K.J., and Hägglund, T. (1984) “Automatic Tuning of Simple Regulators with Specifications on Phase and Amplitude Margins” Automatica 20 (5): 645-651

10. Weng Khuen Ho, Chang Chieh Hang, and Lishens S. Cao (1995) “Tuning of PID Controllers Based on Gain and Phase Margin Specification” Automatica 31 (3): 497-502.

11. Ротач В.Я. Расчёт настройки реальных ПИД-регуляторов //Теплоэнергетика. 1993. - №10. – С.31-35.

12. Стефани Е.П. Основы расчёта настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. Изд. 2-е, перераб. / Е.П. Стефани. – М.: Энергия, 1972. – 376 с. с ил..

13. Sanchis R., Romero J.A. and Balaguer P. PI and PID auto-tuning procedure based on simplified single parameter optimization // Journal of process control. – 2011. – Vol. 21. – P. 840-851.

14. Garpinger O., Hägglund T. and Åström K.J. Performance and robustness trade-offs in PID control / Journal of Process Control. – 2014. – Vol. 24. – P. 568-577.

15. O’Dwyer, Aidan (2009) Handbook of PI and PID controllers tuning rules (3rd edition), London, Imperial College Press.

16. Vilanova, Ramon, and Visioli, Antonio (2012) PID Control in the Third Millenium. Lessons Learned and New Approaches, London, Springer-Verlag.

17. Skogestad S. Simple analytic rules for model reduction and PID controller tuning // Journal of Process Control. – 2003. – Vol. 13. – P. 291-309.

18. Прохоров А.Н., Лысачев М.Н. Цифровой двойник. Анализ, тренды, мировой опыт. Издание первое, исправленное и дополненное.– М.: ООО «АльянсПринт», 2020. – С.401.

19. Программно-технический комплекс «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» [Электронный ресурс] // Институт проблем безопасного развития атомной энергетики Российской академии наук [сайт]. URL: http://www.ibrae.ac.ru/contents/362.

20. МУ-УЖЦАСУ.09.06 Методические указания «Анализ устойчивости контуров автоматического регулирования». Ревизия 1. АО «РАСУ».